DE102015209940A1

DE102015209940A1 - Kanalmodulanordnung

Info

Publication number: DE102015209940A1
Application number: DE102015209940.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wagner; Jörg Bochterle; Marko Brammer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-05-30
Also published as: DE102015209940B4

Abstract

Es wird eine sich für mikrofluidische Anwendungen eignende Kanalmodulanordnung (1) vorgeschlagen, die über mehrere Kanalmodule (2, 3) verfügt, die mit internen Modulkanälen (7) ausgestattet sind und durch ein Verbindungssystem (14) fluidisch miteinander verbindbar sind. Das Verbindungssystem (14) enthält mindestens eine an einem der Kanalmodule (2, 3) angeordnete Verbindungseinheit (15), die ein rohrförmiges Dichtelement (24) mit einer zumindest partiell gummielastisch verformbaren Umfangswand (35) aufweist. Jede Verbindungseinheit (15) ist außerdem mit Verschlussmitteln (55) ausgestattet, durch die die Umfangswand (35) zum Verschließen eines darin ausgebildeten Verbindungskanals (34) reversibel radial zusammenquetschbar ist. Die Verschlussmittel (55) sind durch Betätigungsmittel (56) betätigbar. Stirnseitig an dem rohrförmigen Dichtelement (24) befindet sich eine vordere Dichtfläche (32) zur Abdichtung bezüglich einer dem jeweils anderen Kanalmodul (2, 3) zugeordneten Gegendichtfläche, die bevorzugt auch von einer vorderen Dichtfläche eines rohrförmigen Dichtelementes gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kanalmodulanordnung, insbesondere für mikrofluidische Anwendungen, mit mehreren Kanalmodulen, die mit zum Hindurchleiten eines Fluides geeigneten Modulkanälen ausgestattet und durch ein Verbindungssystem fluidisch miteinander verbindbar oder verbunden sind, wobei das Verbindungssystem an mindestens einem Kanalmodul mindestens eine Verbindungseinheit aufweist, die derart an einem Kanalmodulkörper dieses Kanalmoduls angeordnet ist, dass ein in ihr ausgebildeter Verbindungskanal mit einem Modulkanal des Kanalmodulkörpers kommuniziert, wobei die Verbindungseinheit über Verschlussmittel zum lösbaren Verschließen des Verbindungskanals sowie über Betätigungsmittel zum das Verschließen oder Freigeben des Verbindungskanals bezweckenden Betätigen der Verschlussmittel verfügt.
Aus der DE 1650005 B ist ein entsprechend den vorgenannten Merkmalen ausgeführtes Verbindungssystem bekannt, mit dem sich zwei Kanalmodule beim aneinander Ansetzen fluidisch miteinander verbinden lassen. Jedes Kanalmodul ist mit einer Verbindungseinheit des Verbindungssystems ausgestattet, die einen als Verschlussmittel fungierenden Ventilteller aufweist, der in eine einen zugeordneten Verbindungskanal verschließende Schließstellung vorgespannt ist. Wenn die beiden Verbindungseinheiten beim aneinander Ansetzen der Kanalmodule miteinander gepaart werden, stützen sich die Ventilteller aneinander ab und drücken sich gegenseitig in eine den zugeordneten Verbindungskanal öffnende Freigabestellung, so dass eine Fluidverbindung zwischen Modulkanälen der beiden Kanalmodule freigegeben ist. Eine vergleichbare Anordnung ist auch in der US 6,050,297 A offenbart. In beiden Fällen hat das Verbindungssystem einen sehr komplexen Aufbau mit kompliziert herzustellenden Einzelteilen, was eine relativ teure Herstellung mit sich bringt und die Eignung zur Nutzung in mikrofluidischen Systemen vermissen lässt.
Auf dem Gebiet der sogenannten Mikrofluidik besteht die Anforderung, Kanalmodule, die meist über plattenförmige Kanalmodulkörper verfügen, in denen von Fluid durchströmbare Modulkanäle ausgebildet sind, auf möglichst einfache Weise fluidisch miteinander verbinden zu können. Dafür geeignete Verbindungssysteme sollten sich mit sehr kleinen Abmessungen und dennoch kostengünstig realisieren lassen. Typischerweise verfügen in der Mikrofluidik eingesetzte Fluidkanäle über Kanaldurchmesser von 0,1 mm bis 1 mm in Verbindung mit Strömungsgeschwindigkeiten von 0,1 µl/s bis 100 µl/s, wobei laminare Strömungen vorherrschen und Oberflächeneffekte wie Oberflächenbenetzung und Kapillarität dominieren. Anwendungsfelder sind insbesondere die Bereiche der Laborautomatisierung und der sogenannten Life Sciences.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere auch für mikrofluidische Anwendungen geeignete Kanalmodulanordnung zu schaffen, die über ein mit kleinen Abmessungen realisierbares und dennoch kostengünstig herstellbares und präzise arbeitendes Verbindungssystem zur Herstellung von Fluidkanalverbindungen verfügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Verbindungseinheit ein von dem Verbindungskanal axial durchsetztes rohrförmiges Dichtelement aufweist, das zumindest partiell über eine gummielastische verformbare Umfangswand verfügt, die zum Verschließen des Verbindungskanals durch die Verschlussmittel reversibel radial zusammenquetschbar ist, wobei eine von dem mit der Verbindungseinheit ausgestatteten Kanalmodulkörper axial wegweisende Stirnfläche des rohrförmigen Dichtelementes unmittelbar eine ringförmige vordere Dichtfläche bildet, die im aneinander angesetzten Zustand zweier Kanalmodule unter Abdichtung an eine eine Kanalmündung umrahmende Gegendichtfläche des anderen Kanalmoduls angedrückt ist.
Auf diese Weise lassen sich wenigstens zwei Kanalmodule auf einfache Weise fluidisch miteinander verbinden, um in ihnen ausgebildete Modulkanäle zusammenzuschließen und einen Fluidaustausch zwischen den aneinander angesetzten Kanalmodulen zu ermöglichen. Das zum Einsatz kommende Verbindungssystem verfügt an mindestens einem der jeweils zu verbindenden Kanalmodule über eine Verbindungseinheit mit einem rohrförmigen Dichtelement, das den wahlweise absperrbaren oder freigebbaren Verbindungskanal definiert und über eine zumindest partiell gummielastisch verformbare Umfangswand verfügt, die radial zusammenquetschbar ist, um den Verbindungskanal bei Bedarf zu verschließen. Gleichzeitig übernimmt das rohrförmige Dichtelement entsprechend seiner Namensgebung eine Dichtfunktion, indem es über eine vom zugeordneten Kanalmodulkörper axial wegweisende Stirnfläche verfügt, die unmittelbar als eine ringförmige vordere Dichtfläche fungiert, mit der voraus das Dichtelement im aneinander angesetzten Zustand zweier Kanalmodule an eine gegenüberliegende Gegendichtfläche des anderen Kanalmoduls unter Abdichtung angedrückt ist. Man kann sagen, dass das rohrförmige Dichtelement sowohl zur Abdichtung der Fluidverbindung zwischen zwei Kanalmodulen dient als auch als ein Ventilglied fungiert, das durch zugeordnete Verschlussmittel in der Lage ist, den zugeordneten Verbindungskanal lösbar fluiddicht zu verschließen. Zusätzliche separate Dichtelemente erübrigen sich ebenso wie nur aufwendig herstellbare Ventilglied-Führungsmittel. Aufgrund des einfachen Aufbaus eignet sich die erfindungsgemäße Kanalmodulanordnung insbesondere für mikrofluidische Anwendungen, bei denen die Durchmesser der Fluidkanäle und die Strömungsgeschwindigkeiten des hindurchtretenden Fluides äußerst klein sind und in der Regel in Bereichen zwischen 0,1 mm und 1 mm bzw. 0,1 Mikroliter pro Sekunde und 100 Mikroliter pro Sekunde liegen.
Um zwei Kanalmodule mithilfe des Verbindungssystems fluidisch miteinander zu verbinden, genügt es prinzipiell, nur eines der Kanalmodule mit einer Verbindungseinheit auszustatten, wobei die am anderen Kanalmodul angeordnete, mit der vorderen Dichtfläche des Dichtelementes zusammenwirkende Gegendichtfläche beispielsweise von einem Außenflächenabschnitt eines Kanalmodulkörpers gebildet ist, zu dem hin ein Modulkanal dieses Kanalmodulkörpers ausmündet. In der Regel wird es jedoch das Bestreben sein, im voneinander getrennten Zustand zweier Kanalmodule die Modulkanäle beider Kanalmodule zu verschließen, um einen unerwünschten Fluidaustritt zu verhindern. Es ist daher vorteilhaft, wenn das Verbindungssystem zur fluidischen Verbindung zweier Kanalmodule über mindestens eine Verbindungseinheit pro Kanalmodul verfügt, so dass sich beim aneinander Ansetzen zweier Kanalmodule deren Verbindungseinheiten paarweise miteinander vereinigen lassen, wobei dann als mit einer vorderen Dichtfläche jedes rohrförmigen Dichtelementes kooperierende Gegendichtfläche des anderen Kanalmoduls die vordere Dichtfläche des zu diesem anderen Kanalmodul gehörenden rohrförmigen Dichtelementes fungiert. Mit anderen Worten stoßen bei vereinigten Verbindungseinheiten die rohrförmigen Dichtelemente dieser beiden Verbindungseinheiten mit ihren ringförmigen vorderen Dichtflächen unter Abdichtung aneinander, wobei sie so gegeneinander gepresst sind, dass die die gewünschte Fluiddichtheit gewährleistende Anpresskraft gegeben ist. Die den Verschlussmitteln zugeordneten Betätigungsmittel sind vorzugsweise als bezüglich den Verschlussmitteln gesonderte Komponenten ausgebildet, können aber ebenso in Baueinheit mit den Verschlussmitteln ausgeführt sein.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Grundsätzlich wäre es ausreichend, das rohrförmige Dichtelement der Verbindungseinheit so auszubilden, dass die den Verbindungskanal umschließende Umfangswand nur in dem zusammenzuquetschenden und in dem die vordere Dichtfläche definierenden Bereich über gummielastische Eigenschaften verfügt. Vor allem im Hinblick auf eine Realisierung in miniaturisierter Bauweise ist es allerdings wesentlich vorteilhafter, wenn das rohrförmige Dichtelement insgesamt über gummielastische Eigenschaften verfügt, wobei es vorzugsweise als ein Elastomerkörper realisiert ist.
Eine insgesamt gummielastische Ausführung des rohrförmigen Dichtelementes begünstigt auch eine bevorzugte Ausführungsform, bei der das rohrförmige Dichtelement rückseitig über eine ringförmige hintere Dichtfläche verfügt, die genutzt wird, um das Dichtelement bezüglich des zugeordneten Kanalmodulkörpers abzudichten und dadurch den Verbindungskanal des Dichtelementes mit dem sich daran anschließenden Modulkanal ohne Leckagegefahr zu verbinden. Die hintere Dichtfläche des rohrförmigen Dichtelementes wird dabei an eine Modulkörper-Dichtfläche angedrückt, die die Kanalmündung des zugeordneten Modulkanals umrahmt.
Ist das rohrförmige Dichtelement sowohl mit einer vorderen Dichtfläche als auch mit einer hinteren Dichtfläche ausgestattet, kann die Fluidverbindung zwischen den Kanalmodulkörpern zweier Kanalmodule sehr kostengünstig ohne separate Dichtungsmittel realisiert werden.
Die Verbindungseinheit ist zweckmäßigerweise in eine im Kanalmodulkörper ausgebildete Aufnahmevertiefung eingesetzt. Die axiale Grundfläche dieser Aufnahmevertiefung definiert zweckmäßigerweise eine mit einer hinteren Dichtfläche des rohrförmigen Dichtelementes kooperierende Modulkörper-Dichtfläche.
Das rohrförmige Dichtelement hat zweckmäßigerweise eine in ihrer Längsrichtung abgestufte Außenkontur. In diesem Zusammenhang weist es einen die ringförmige vordere Dichtfläche definierenden vorderen Längenabschnitt auf und verfügt über einen sich daran anschließenden hinteren Längenabschnitt, der im Vergleich zum vorderen Längenabschnitt einen größeren Außendurchmesser und eine geringere Länge hat. Das rohrförmige Dichtelement kann allerdings auch über seine gesamte Länge hinweg einen konstanten Außendurchmesser aufweisen.
Der hintere Längenabschnitt des abgestuft konturierten rohrförmigen Dichtelementes wird vorzugsweise zur Fixierung des Dichtelementes bezüglich des zugeordneten Kanalmodulkörpers genutzt. Dabei ist die Verbindungseinheit mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Aufnahmeteil ausgestattet, das von dem rohrförmigen Dichtelement durchsetzt ist und durch den das rohrförmige Dichtelement axial mit dem Kanalmodulkörper verspannt wird. Zum Verspannen eignet sich bei einem abgestuft konturierten Dichtelement insbesondere der schon angesprochene hintere Längenabschnitt, auf den das Aufnahmeteil axial einwirken kann, wobei das Aufnahmeteil seinerseits mit geeigneten Befestigungsmitteln am Kanalmodulkörper fixiert wird bzw. ist.
Die für das Zusammenquetschen des rohrförmigen Dichtelementes zuständigen Verschlussmittel enthalten zweckmäßigerweise zwei im Bereich des Außenumfanges der gummielastisch verformbaren Umfangswand platzierte Quetschelemente, die sich diametral gegenüberliegen und die zum Verschließen des Verbindungskanals in Richtung aufeinander zu bewegbar sind, so dass sie die gummielastisch verformbare Umfangswand zwischen sich zusammenquetschen, bis sich gegenüberliegende Umfangswandabschnitte dieser Umfangswand unter Abdichtung aneinander anliegen. Die von den Quetschelementen zum Verschließen und Freigeben des Verbindungskanals ausführbare Bewegung sei als Arbeitsbewegung bezeichnet und ist vorzugsweise durch einen koaxial zu dem rohrförmigen Dichtelement angeordneten Betätigungsring der Betätigungsmittel steuerbar. Hierzu kann der Betätigungsring zu einer in der axialen Richtung des rohrförmigen Dichtelementes orientierten Betätigungsbewegung veranlasst werden, indem eine entsprechende Betätigungskraft in ihn eingeleitet wird.
Die Quetschelemente sind zweckmäßigerweise federnd in eine die Umfangswand zusammenquetschende und dadurch den Verbindungskanal verschließende Schließstellung vorgespannt. Man kann also sagen, dass das Dichtelement ein Ventilglied definiert, das eine „normalerweise geschlossen“-Funktionalität hat. Mithilfe der Betätigungsmittel können die Quetschelemente unter Überwindung der sie beaufschlagenden Federkräfte in eine Freigabestellung bewegt werden, in der der zwischen ihnen gemessene Abstand größer ist als in der Schließstellung, so dass die gummielastische Umfangswand nicht mehr oder zumindest weniger als in der Schließstellung zusammengequetscht ist und der Verbindungskanal für den Durchtritt des Fluides freigegeben ist.
Die Quetschelemente sind insbesondere von federelastisch biegbaren Armen eines ringförmigen Halteelementes gebildet, von dem das rohrförmige Dichtelement umschlossen ist. Diese federelastisch biegbaren Arme ragen zweckmäßigerweise ausgehend von einem ringförmigen Tragkörper des Halteelementes radial nach innen, insbesondere mit einer geneigten Ausrichtung, und können durch Einwirkung der Betätigungsmittel zur Freigabe des Verbindungskanals auseinandergespreizt werden.
Die Betätigungsmittel lassen sich optimal betätigen, wenn sie über einen in der axialen Richtung des rohrförmigen Dichtelementes beweglichen Betätigungsring verfügen, der in seiner unbetätigten Stellung über den zugeordneten Kanalmodulkörper hinausragt. Auf diese Weise kann beim Zusammensetzen zweier Kanalmodule das andere Kanalmodul auf den vorstehenden Abschnitt des Betätigungsringes einwirken und selbigen zur Veranlassung einer Betätigungsbewegung drückend beaufschlagen, wodurch die bis dahin die Schließstellung eingenommenen Verschlussmittel in die Freigabestellung bewegt werden.
Wenn das Verbindungssystem mit wenigstens einem Paar von miteinander kooperierenden Verbindungseinheiten ausgestattet ist, ist es vorteilhaft, wenn die Betätigungsmittel dieser Verbindungseinheiten so ausgebildet sind, dass sich ihre Betätigungsmittel gegenseitig betätigen, wenn die zugeordneten Kanalmodule aneinander angesetzt werden. Auf diese Weise werden die vor dem Zusammenbau der Kanalmodule noch verschlossenen Verbindungskanäle beim aneinander Ansetzen der Kanalmodule automatisch freigegeben. In gleicher Weise werden diese Verbindungskanäle automatisch auch wieder verschlossen, wenn die Kanalmodule voneinander getrennt werden, weil dann die Betätigungsmittel wieder in die unbetätigte Stellung verlagerbar sind, die den Verschlussmitteln die Einnahme ihrer Schließstellung ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine aus zwei Kanalmodulen bestehende Kanalmodulanordnung im aneinander angesetzten und fluidisch miteinander verbundenen Zustand der beiden Kanalmodule,
2 die Kanalmodulanordnung der 1 vor dem Zusammensetzen der beiden Kanalmodule,
3 eine Vorderansicht eines Kanalmoduls in dem strichpunktiert umrahmten Bereich III einer Verbindungseinheit mit Blickrichtung gemäß Pfeil A in 2, wobei der Verbindungskanal der Verbindungseinheit verschlossen ist,
4 den in 3 illustrierten Ausschnitt eines Kanalmoduls in einem Schnitt mit zur Längsachse des Verbindungskanals paralleler Schnittebene IV-IV aus 3,
5 die Anordnung aus 3 im freigegebenen bzw. offenen Zustand des Verbindungskanals,
6 eine Schnittdarstellung vergleichbar der 4 gemäß Schnittebene VI-VI aus 5,
7 den in 2 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt III eines Kanalmoduls in einer Explosionsdarstellung, und
8 den in 1 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt VIII in einem Schnitt gemäß der Schnittebene VI-VI aus 5, wobei zwei miteinander gepaarte und mit ihren Verbindungskanälen kommunizierende Verbindungseinheiten ersichtlich sind.
Die 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung zwei Module 2, 3 einer Kanalmodulanordnung 1, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als erstes Kanalmodul 2 und zweites Kanalmodul 3 bezeichnet werden. Die Kanalmodulanordnung 1 kann eine beliebige Anzahl von Kanalmodulen 2, 3 enthalten.
Die 1 zeigt die beiden Kanalmodule 2, 3 im aneinander angesetzten und durch Befestigungsmittel 4 aneinander befestigten Gebrauchszustand. Im Gegensatz dazu sind die beiden Kanalmodule 2, 3 in der 2 im voneinander getrennten Zustand illustriert, wobei durch Pfeile 5 angedeutet ist, wie die Kanalmodule 2, 3 zum Erhalt des Gebrauchszustandes aneinander ansetzbar sind.
Jedes Kanalmodul 2, 3 verfügt über einen Kanalkörper 6, der zwar nicht zwingend, gleichwohl jedoch vorzugsweise plattenförmig ausgebildet ist und der in seinem Innern eine an sich beliebige Anzahl von Fluidkanälen aufweist, die zur besseren Unterscheidung als Modulkanäle 7 bezeichnet seien. Die Modulkanäle 7 münden mit mindestens einer Modulkanal-Kanalmündung 8 außen an dem Kanalmodulkörper 6 aus, wobei sich diese Modulkanal-Kanalmündung 8 bevorzugt an der Grundfläche 12 einer nach außen hin offenen Aufnahmevertiefung 13 des betreffenden Kanalmodulkörpers 6 befindet.
Bevorzugt ist jeder Kanalmodulkörper 6 mit wenigstens zwei und bei Bedarf auch mit mehr als zwei solcher Modulkanal-Kanalmündungen 8 versehen.
Die in dem Kanalmodulkörper 6 integrierten Modulkanäle 7 können Bestandteile fluidischer Schaltungen sein. Jeder Kanalmodulkörper 6 kann mit einer beliebigen Anzahl von Funktionskomponenten ausgestattet sein, die mit den Modulkanälen 7 kommunizieren und die bevorzugt zumindest teilweise in den Kanalmodulkörper 6 integriert sind. Der Kanalmodulkörper 6 kann beispielsweise auch Behandlungs- und/oder Analysekammern enthalten, die in dem Verlauf der Modulkanäle 7 eingeschaltet sind, so dass sie mit zu behandelnden und/oder zu analysierendem Fluid gespeist werden können. Die Modulkanal-Kanalmündungen 8 ermöglichen einen Fluideintritt und Fluidaustritt für eine Zufuhr und Abfuhr des in den Modulkanälen 7 strömenden Fluides.
Die Kanalmodulanordnung 1 des Ausführungsbeispiels ist insbesondere für mikrofluidische Anwendungen strukturiert. Dementsprechend sind die Querschnitte der Modulkanäle 7 sehr klein und die Strömungsgeschwindigkeiten des durch die Modulkanäle 7 hindurchtretenden Fluides sind relativ gering. In der Regel herrschen bei der Nutzung der Kanalmodulanordnung 1 laminare Strömungen vor, mit Strömungsgeschwindigkeiten insbesondere im Bereich zwischen 0,1 Mikroliter pro Sekunde und 100 Mikroliter pro Sekunde. Typische Kanaldurchmesser der Modulkanäle 7 bewegen sich im Bereich zwischen 0,1 mm und 1 mm. Grundsätzlich eignet sich die Kanalmodulanordnung 1 aber auch für andere Anwendungen und zur Realisierung mit anderen Größenverhältnissen.
Jeder Modulkanal-Kanalmündung 8 ist eine von mehreren Verbindungseinheiten 15 eines Verbindungssystems 14 zugeordnet, das dazu dient, die Modulkanäle 7 von im Gebrauchszustand aneinander angesetzten Kanalmodulen 2, 3 fluidisch miteinander zu verbinden. Das Verbindungssystem 14 ist dabei so ausgeführt, dass es im voneinander getrennten Zustand der Kanalmodule 2, 3 ein Verschließen der Modulkanäle 7 bewirkt und dadurch einen unerwünschten Fluidaustritt verhindert.
Die Kanalmodule 2, 3 sind bevorzugt derart mit Verbindungseinheiten 15 ausgestattet, dass beim Zusammensetzen zweier Kanalmodule 2, 3 ein paarweises Zusammenwirken von Verbindungseinheiten 15 der beiderseitigen Kanalmodule 2, 3 stattfindet. Mit anderen Worten werden die Verbindungseinheiten 15 beim gemäß den Pfeilen 5 erfolgenden aneinander Ansetzen der Kanalmodule 2, 3 miteinander gepaart. Die beiden an der Paarung jeweils beteiligten Verbindungseinheiten 15 treten dabei in Wechselwirkung zueinander und beeinflussen gegenseitig ihren Betriebszustand.
Jede Verbindungseinheit 15 ist dafür ausgebildet, den mit ihr über die zugeordnete Modulkanal-Kanalmündung 8 kommunizierenden Modulkanal 7 wahlweise abzusperren oder für einen Fluiddurchtritt freizugeben. Der hierzu erforderliche Absperrvorgang und Freigabevorgang findet beim aneinander Ansetzen und voneinander Entfernen der Kanalmodule 2, 3 selbsttätig statt. Im voneinander getrennten Zustand der Kanalmodule 2, 3 gemäß 2 nehmen die Verbindungseinheiten 15 einen die Modulkanäle 7 verschließenden Betriebszustand ein, während sie im aneinander angesetzten Gebrauchszustand der Kanalmodule 2, 3 durch die schon angesprochene gegenseitige Beeinflussung jeweils einen den zugeordneten Modulkanal 7 für den Fluiddurchtritt freigebenden Betriebszustand einnehmen. Hierbei sind die Verbindungseinheiten 15 miteinander gepaart und nehmen eine aus 8 ersichtliche, miteinander fluchtende Ausrichtung ein, in der sie koaxial zu einer Paarungsachse 16 ausgerichtet sind, die sich aus den zusammenfallenden Längsachsen 17 der gepaarten Verbindungseinheiten 15 zusammensetzt.
Die Ansetzrichtung gemäß Pfeilen 5 zum Zusammensetzen der Kanalmodule 2, 3 fällt vorzugsweise mit der Paarungsachse 16 zusammen.
Jede Verbindungseinheit 15 ist zweckmäßigerweise in einer der schon angesprochenen Aufnahmevertiefungen 13 montiert, so dass sie zumindest zum größten Teil versenkt im zugeordneten Kanalmodulkörper 6 untergebracht ist. Auf diese Weise besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die mit den Verbindungseinheiten 15 ausgestatteten Kanalmodulkörper 6 mit denjenigen ihrer Außenflächen, zu denen die Aufnahmevertiefungen 13 mit einer Vertiefungsöffnung 22 ausmünden, flächig aneinander anzusetzen. Diese besagten Außenflächen seien im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als Fügeflächen 18 bezeichnet.
Die Aufnahmevertiefung 13 hat vorzugsweise einen runden und insbesondere einen kreisrunden Querschnitt. Beim Ausführungsbeispiel ist sie kreiszylindrisch konturiert. Umfangsseitig ist die Aufnahmevertiefung 13 von einer sich axial zwischen der Vertiefungsöffnung 22 und der Grundfläche 12 erstreckenden peripheren Vertiefungswandfläche 23 begrenzt.
Ein Kernbestandteil der Verbindungseinheit 15 besteht aus einem rohrförmigen Dichtelement 24, das über eine Längsachse 25 verfügt. Diese Längsachse 25 fällt zweckmäßigerweise mit der Längsachse 17 der gesamten Verbindungseinheit 15 zusammen.
Das im Folgenden zur Vereinfachung auch nur noch als Dichtelement 24 bezeichnete rohrförmige Dichtelement erstreckt sich axial in der Aufnahmevertiefung 13 und verfügt über einen der Grundfläche 12 zugewandten hinteren Endabschnitt 26 und einen diesbezüglich entgegengesetzten, von der Grundfläche 12 wegweisenden und insbesondere im Bereich der Vertiefungsöffnung 22 angeordneten vorderen Endabschnitt 27. Der vordere Endabschnitt 27 endet mit einer axial orientierten vorderen Stirnfläche 28, die eine vordere Dichtfläche 32 bildet. Der hintere Endabschnitt 26 endet mit einer hinteren Stirnfläche 29, die zweckmäßigerweise eine hintere Dichtfläche 33 bildet.
Das Dichtelement 24 ist in seinem zentralen Bereich in axialer Richtung von einem Fluidkanal durchsetzt, der zur besseren Unterscheidung als Verbindungskanal 34 bezeichnet sei. Der Verbindungskanal 34 mündet sowohl zu der vorderen Stirnfläche 28 als auch zu der hinteren Stirnfläche 29 aus. Peripher ist der Verbindungskanal 34 ringsum von einer Umfangswand 35 des rohrförmigen Dichtelementes 24 umschlossen, die vorzugsweise in ihrer Gesamtheit aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht. Letzteres ergibt sich beim Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise daraus, dass das rohrförmige Dichtelement 24 als ein Elastomerkörper ausgeführt ist.
Die Gummielastizität der Umfangswand 35 erlaubt es, die Umfangswand 35 durch von außen her erfolgende radiale Beaufschlagung radial zusammenzuquetschen, so dass gemäß 4 sich diametral gegenüberliegende Wandabschnitte 35a, 35b der Umfangswand 35 im Bereich des Verbindungskanals 34 zur dichten Anlage aneinander gebracht werden können, wodurch der im unverformten Zustand dieser Wandabschnitte 35a, 35b offene bzw. freigegebene Verbindungskanal 34 lokal verschlossen ist.
Dieser Quetschvorgang ist reversibel, d.h. die lokal zusammengequetschte Umfangswand 35 kehrt wieder in den unverformten Ausgangszustand zurück, wenn die radiale Quetschkraft wieder weggenommen wird. Dies ist bedingt durch die Gummielastizität des Materials der Umfangswand 35.
Prinzipiell genügt es, die Umfangswand 35 nur in dem zum Zusammengequetschten genutzten Längenabschnitt aus einem gummielastischen Material zu realisieren, es ist jedoch aus herstellungstechnischen Gründen wesentlich vorteilhafter, das rohrförmige Dichtelement 24 insgesamt mit einer gummielastisch verformbaren Umfangswand 35 zu versehen. Letzteres begünstigt auch die schon angesprochene Funktionalität der beiden Stirnflächen 28, 29 als zur Abdichtung nutzbare vordere und hintere Dichtflächen 32, 33. Auch diese beiden Dichtflächen 32, 33 sind Bestandteile der gummielastischen Umfangswand 35. Aufgrund der rohrförmigen Gestaltung des Dichtelementes 24 haben die beiden Stirnflächen 28, 29 und mithin auch die beiden Dichtflächen 32, 33 eine zu der Längsachse 25 konzentrische ringförmige Gestalt.
Das Dichtelement 24 ist derart in die Aufnahmevertiefung 13 eingesetzt, dass ihr Verbindungskanal 34 mit der Modulkanal-Kanalmündung 8 fluchtet und folglich direkt in den zugehörigen Modulkanal 7 übergeht. Dabei liegt das Dichtelement 24 mit der hinteren Dichtfläche 33 an einem die Modulkanal-Kanalmündung 8 umschließenden Flächenabschnitt der Grundfläche 12 an, der im Folgenden zur besseren Unterscheidung als Modulkörper-Dichtfläche 36 bezeichnet sei. Indem das Dichtelement 24 mit der hinteren Dichtfläche 33 an diese Modulkörper-Dichtfläche 36 axial angedrückt ist, ergibt sich ein nach außen hin fluiddichter Übergang zwischen dem Modulkanal 7 und dem Verbindungskanal 34. Zusätzliche separate Dichtmittel werden zur Abdichtung daher nicht mehr benötigt und sind beim Ausführungsbeispiel auch nicht vorhanden. Grundsätzlich wäre es allerdings denkbar, ein zusätzliches ringförmiges Dichtelement einzubringen, insbesondere wenn das Dichtelement 24 an seinem hinteren Endabschnitt 26 nicht aus einem gummielastischen Material bestehen sollte.
Für das axiale Anpressen des Dichtelements 24 an die Grundfläche 12 sorgt ein bezüglich des Dichtelementes 24 separates Aufnahmeteil 37 der Verbindungseinheit 15. Dieses Aufnahmeteil 37 ist ebenfalls in die Aufnahmevertiefung 13 eingesetzt und verfügt über eine nach hinten weisende, der Grundfläche 12 zugewandte ringförmige Schulterfläche 38, mit der es auf eine nach vorne weisende und bevorzugt ebenfalls ringförmige Andrückfläche 42 einwirkt, die am Außenumfang der bevorzugt gummielastischen Umfangswand 35 des Dichtelementes 24 ausgebildet ist.
Die Andrückfläche 42 ist bevorzugt dadurch realisiert, dass das Dichtelement 24 eine in ihrer Längsrichtung radial abgestufte Außenkontur hat, wobei es einen den vorderen Endabschnitt 27 bildenden vorderen Längenabschnitt 43 und einen den hinteren Endabschnitt 26 bildenden hinteren Längenabschnitt 44 aufweist, wobei der hintere Längenabschnitt 44 einen größeren Außendurchmesser und vorzugsweise eine geringere Länge als der vordere Längenabschnitt 43 besitzt. Die axial dem vorderen Längenabschnitt 43 zugewandte vordere Stirnfläche des hinteren Längenabschnittes 44, bei der es sich um eine Ringfläche handelt, bildet die Andrückfläche 42.
Das Aufnahmeteil 37 ist zentral von einer sich axial erstreckenden Aufnahmebohrung 45 durchsetzt. Die Aufnahmebohrung 45 mündet einerseits an einer der Grundfläche 12 zugewandten hinteren Stirnfläche 46 und andererseits an einer diesbezüglich axial entgegengesetzten vorderen Stirnfläche 47 des Aufnahmeteils 37 aus. Bevorzugt ist die Aufnahmebohrung 45 über ihre Länge hinweg im Durchmesser abgestuft und verfügt über einen im Durchmesser erweiterten hinteren Endabschnitt 52, der zu der hinteren Stirnfläche 46 ausmündet, sowie über einen sich daran anschließenden vorderen Endabschnitt 53, der zu der vorderen Stirnfläche 47 ausmündet. Während der Durchmesser des vorderen Endabschnittes 53 im Wesentlichen dem Außendurchmesser des vorderen Längenabschnittes 43 des Dichtelementes 24 entspricht, hat der hintere Endabschnitt 52 einen Durchmesser, der zumindest im Wesentlichen dem Außendurchmesser des hinteren Längenabschnittes 44 des rohrförmigen Dichtelementes 24 entspricht, diesbezüglich vorzugsweise aber geringfügig größer ist.
Das Dichtelement 24 ist mit seinem vorderen Endabschnitt 27 voraus von der Rückseite des Aufnahmeteils 37 her in dessen Aufnahmebohrung 45 eingesteckt, so dass sein hinterer Längenabschnitt 44 in dem hinteren Endabschnitt 52 der Aufnahmebohrung 45 zu liegen kommt und sich der vordere Längenabschnitt 43 des Dichtelementes 24 in dem vorderen Endabschnitt 53 der Aufnahmebohrung 45 erstreckt. Dabei ragt das Dichtelement 24 mit seinem vorderen Endabschnitt 27 axial über das Aufnahmeteil 37 hinaus. Auch der hintere Längenabschnitt 44 steht, solange das Dichtelement 24 noch nicht mit der Modulkörper-Dichtfläche 36 verpresst ist, geringfügig axial über die hintere Stirnfläche 46 des Aufnahmeteils 37 vor.
Der abgestufte Übergangsbereich zwischen dem hinteren Endabschnitt 52 und dem vorderen Endabschnitt 53 der Aufnahmebohrung 45 bildet die schon erwähnte Schulterfläche 38. Das Aufnahmeteil 37 und das das Aufnahmeteil durchsetzende Dichtelement 24 sind gemeinsam so in die Aufnahmevertiefung 13 eingesetzt, dass das Aufnahmeteil 37 mit seiner hinteren Stirnfläche 46 an der Grundfläche 12 der Aufnahmevertiefung 13 anliegt. Dadurch ist der im unverformten Zustand eine etwas größere axiale Länge als der hintere Endabschnitt 52 der Aufnahmebohrung 45 aufweisende hintere Längenabschnitt 44 des Dichtelementes 24 axial zusammengedrückt und es ergibt sich die für die Abdichtung zwischen dem Dichtelement 24 und dem Kanalmodulkörper 6 gewünschte Anpresskraft im Bereich der hinteren Dichtfläche 33.
Durch die radiale Überlappung zwischen dem Dichtelement 24 und dem Aufnahmeteil 37 im Bereich des hinteren Längenabschnittes 44 wird auf diese Weise auch das Dichtelement 24 bezüglich des Kanalmodulkörpers 6 axial fixiert.
Das Aufnahmeteil 37 ist im in die Aufnahmevertiefung 13 eingesetzten und mit seiner Rückseite an der Grundfläche 12 anliegenden Zustand durch geeignete Befestigungsmittel 54 am Kanalmodulkörper 6 fixiert. Die gewählte Befestigungsmaßnahme bewirkt vorzugsweise auch eine Verdrehsicherung des Aufnahmeteils 37 bezüglich des Kanalmodulkörpers 6 in Bezug auf die Längsachse 25.
Exemplarisch enthalten die Befestigungsmittel 54 zwei zueinander parallele Befestigungsbohrungen 54a, die in einer zu der Längsachse 25 rechtwinkligen Ebene so in den Kanalmodulkörper 6 eingebracht sind, dass sie die periphere Vertiefungswandfläche 23 peripher anschneiden. Zu den Befestigungsmitteln 54 gehören außerdem zwei an sich diametral gegenüberliegenden Stellen in den Außenumfang des Aufnahmeteils 37 tangential eingebrachte Befestigungsnuten 54b, die im Innern der Aufnahmevertiefung 13 mit den offenen Längenabschnitten der Befestigungsbohrungen 54a fluchten. Außerdem gehören zu den Befestigungsmitteln 54 zwei Befestigungsstifte 54c, die von außen her in die Befestigungsbohrungen 54a eingesteckt sind, so dass sie sich auch in den Bereich der Aufnahmevertiefung 13 erstrecken und dort mit einem Teil ihres Umfanges in jeweils eine der Befestigungsnuten 54b eingreifen. Auf diese Weise ist das Aufnahmeteil 37 bezüglich dem Kanalmodulkörper 6 sowohl axial unbeweglich fixiert als auch bezogen auf die Längsachse 25 unverdrehbar blockiert.
Zumindest im nicht zusammengesetzten Zustand der Kanalmodule 2, 3 ragt das rohrförmige Dichtelement 24 mit seinem vorderen Endabschnitt 27 zumindest geringfügig durch die Vertiefungsöffnung 22 hindurch aus der Aufnahmevertiefung 13 heraus. Somit steht es mit der vorderen Dichtfläche 32 geringfügig über die Fügefläche 18 vor.
Wenn zwei Kanalmodule 2, 3 gemäß Pfeilen 5 derart aneinander angesetzt werden, dass sich zwei Verbindungseinheiten 15 paaren, stoßen die zu diesen beiden Verbindungseinheiten 15 gehörenden rohrförmigen Dichtelemente 24 mit ihren vorderen Dichtflächen 32 flächig aneinander, wie dies in 8 illustriert ist. Bedingt dadurch, dass die Dichtelemente 24 ursprünglich geringfügig über die Fügefläche 18 vorstehen, erfahren sie eine axiale Stauchung, wenn die Kanalmodule 2, 3 mit den Fügeflächen 18 ihrer Kanalmodulkörper 6 zur gegenseitigen Anlage gebracht werden. Dies hat zur Folge, dass die aneinander anliegenden vorderen Dichtflächen 32 mit einer relativ hohen Kraft aneinander angedrückt werden, was eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet. Im auf diese Weise gepaarten Zustand zweier Verbindungseinheiten 15 bildet also die vordere Dichtfläche 32 des jeweils einen Dichtelementes 24 eine Gegendichtfläche, die mit der vorderen Dichtfläche 32 des anderen Dichtelementes 24 dichtend zusammenwirkt.
Wenn gemäß einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel zur fluidischen Verbindung zweier Kanalmodule 2, 3 nur am jeweils einem Kanalmodul 2 oder 3 eine Verbindungseinheit 15 angeordnet ist, kooperiert die vordere Dichtfläche 32 des Dichtelementes 24 dieser einzigen Verbindungseinheit 15 mit einer Gegendichtfläche des anderen Kanalmoduls 3 oder 2, die dort beispielsweise unmittelbar vom Kanalmodulkörper 6 gebildet ist, insbesondere von einem Abschnitt der Fügefläche 18, die eine Modulkanal-Kanalmündung 8 umschließt.
Jede Verbindungseinheit 15 ist mit Verschlussmitteln 55 ausgestattet, die ein lösbares Verschließen des zugehörigen Verbindungskanals 34 ermöglichen. Ferner verfügt jede Verbindungseinheit 15 über Betätigungsmittel 56, die geeignet sind, um die Verschlussmittel 55 zum Zwecke des Verschließens oder Freigebens des Verbindungskanals 34 zu betätigen.
Es ist prinzipiell möglich, die Verschlussmittel 55 und die Betätigungsmittel 56 in Baueinheit auszuführen. In Bezug auf Funktion und Montage ergeben sich jedoch erhebliche Vorteile bei einer gesonderten Realisierung, wie sie in vorteilhafter Weise beim Ausführungsbeispiel realisiert ist.
Die Verschlussmittel 55 sind so ausgebildet, dass sie das weiter oben schon angesprochene reversible Zusammenquetschen der elastisch verformbaren Umfangswand 35 bewirken können. Mithilfe der Verschlussmittel 55 kann also der Verbindungskanal wahlweise verschlossen oder freigegeben werden, indem das Dichtelement 24 wahlweise radial zusammengequetscht oder nicht zusammengequetscht wird.
In der illustrierten bevorzugten Ausgestaltung verfügen die Verschlussmittel 55 über ein ringförmiges Halteelement 57, das koaxial auf das Aufnahmeteil 37 aufgesetzt ist. Genauer gesagt sitzt das ringförmige Halteelement 57 auf einem mit der vorderen Stirnfläche 47 endenden Aufnahmeabschnitt 58 des Aufnahmeteils 37, der sich vorne an einen Befestigungsabschnitt 62 des Aufnahmeteils 37 anschließt, der zur Fixierung des Aufnahmeteils 37 in der Aufnahmevertiefung 13 genutzt wird und der zweckmäßigerweise die oben angesprochenen Befestigungsnuten 54b aufweist.
Während der Befestigungsabschnitt 62 zweckmäßigerweise zumindest im Wesentlichen im Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Aufnahmevertiefung 13 entspricht, ragt der Aufnahmeabschnitt 58 radial nicht bis zu der Umfangswand 35, so dass sich zwischen ihm und der Umfangswand 35 ein ringförmiger Aufnahmeraum 63 ergibt, in dem die Verschlussmittel 55 bzw. das ringförmige Halteelement 57 aufgenommen sind.
Das ringförmige Halteelement 57 ist von vorne her auf den Aufnahmeabschnitt 58 des Aufnahmeteils 37 aufgesteckt. Es verfügt über einen ringförmigen Tragkörper 64, der den Aufnahmeabschnitt 58 umschließt und der zwei nach radial innenragende, federelastisch biegbare Arme 65 trägt. Diese federelastischen Arme 65 sind an einander diametral gegenüberliegenden Stellen des ringförmigen Tragkörpers 64 angeordnet und sie haben zweckmäßigerweise eine dahingehende geneigte Ausrichtung, dass sie sich schräg nach radial innen und gleichzeitig in Richtung zur Vorderseite des Aufnahmeteils 37 erstrecken.
Die federelastischen Arme 65 bilden Quetschelemente 66, die mit ihren dem Tragkörper 64 entgegengesetzten freien Endabschnitten 71 im Bereich der beiden oben angesprochenen Wandabschnitte 35a, 35b an der Außenumfangsfläche der Umfangswand 35 des rohrförmigen Dichtelementes 24 anliegen.
Das ringförmige Halteelement 57 ist so ausgebildet, dass die bevorzugt in Form federelastischer Arme 65 ausgebildeten Quetschelemente 66 in eine die Umfangswand 35 zusammenquetschende und dadurch den Verbindungskanal 34 verschließende Schließstellung vorgespannt sind. Diese Schließstellung der Quetschelemente 66 ist aus 3 und 4 ersichtlich. Besonders einfach lassen sich die Verschlussmittel 55 dadurch realisieren, dass das ringförmige Halteelement 57 insgesamt als ein einstückiges Bauteil aus einem federelastischen Material hergestellt ist, insbesondere aus einem Federblech. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu. Hierbei sind die federelastischen Arme 65 einstückig mit dem ringförmigen Tragkörper 64 verbunden.
Die das mehr oder weniger starke Zusammenquetschen des Dichtelementes 24 hervorrufenden Bewegungen der Quetschelemente 66 seien im Folgenden als Arbeitsbewegung 67 bezeichnet und sind in der Zeichnung durch Doppelpfeile illustriert. Exemplarisch handelt es sich bei diesen Arbeitsbewegungen 67 um Schwenkbewegungen mit radialem Bewegungsanteil.
Die Quetschelemente 66 ragen beim Ausführungsbeispiel ausgehend von dem ringförmigen Tragkörper 64 vor die vordere Stirnfläche 47 des Aufnahmeteils 37, wobei sie sich jeweils mit ihrer der Grundfläche 12 zugewandten Rückfläche 68 an einer Abstützfläche 69 des Aufnahmeteils 37 abstützen. Sie beaufschlagen die Umfangswand 35 in deren vorne aus dem Aufnahmeteil 37 herausragenden Bereich.
Jede Abstützfläche 69 ist zweckmäßigerweise von der Grundfläche einer stirnseitigen Aussparung 70 des Aufnahmeabschnittes 58 gebildet. Die Quetschelemente 66 durchqueren diese Aussparung 70, wobei die Seitenflächen der Aussparung 70 durch das Zusammenwirken mit den Randbereichen der Quetschelemente 66 vorzugsweise eine Verdrehsicherung des ringförmigen Tragkörpers 64 bezüglich des Aufnahmeteils 37 bewirken.
Der ringförmige Tragkörper 34 ist von Hause aus in sich so geformt, dass er im von den Betätigungsmitteln 56 unbetätigten Zustand eine die Schließstellung hervorrufende Quetschkraft auf das Dichtelement 24 ausübt. Im unmontierten Neutralzustand, der aus 7 ersichtlich ist, ist der zwischen den beiden freien Endabschnitten 71 der federelastischen Arme 65 vorhandene Abstand geringer als der in der Quetschrichtung gemessene Außendurchmesser des in die Schließstellung zusammengequetschten Bereiches der Umfangswand 35. Dadurch werden die federelastischen Quetschelemente 66 unter Aufbau einer rückstellend wirkenden Federkraft auseinandergespreizt, wenn das Halteelement 57 bei der Montage der Verbindungseinheit 15 auf das Dichtelement 24 aufgeschoben wird. Diese Federkraft fungiert als Quetschkraft und quetscht die Umfangswand 35 zusammen, solange durch die Betätigungsmittel 56 keine Lösekraft auf die Quetschelemente 66 ausgeübt wird.
Vorzugsweise ergibt sich die vorstehend erläuterte Neutralstellung des nicht montierten ringförmigen Halteelementes 57 dadurch, dass sein ringförmiger Tragkörper 64 aus einer zu der Längsachse 25 rechtwinkeligen Ebene herausgebogen ist. Der ringförmige Tragkörper 64 hat also eine gewölbte Struktur, wobei seine als Tragabschnitte 74 bezeichneten Umfangsabschnitte, an denen die Quetschelemente 66 angeordnet sind, bezüglich den dazwischen liegenden Abschnitten des Tragkörpers 64 nach vorne gebogen sind. Dieser nach vorne gebogene Zustand der Tragabschnitte 74 liegt in leicht vermindertem Maße auch noch dann vor, wenn das ringförmige Halteelement 57 montiert ist und die Quetschelemente 66 ihre Schließstellung einnehmen. Zu erkennen ist dies gut in 4.
Die oben angesprochene Arbeitsbewegung 67 der Quetschelemente 66 ist durch die Betätigungsmittel 56 steuerbar. Die Betätigungsmittel 56 erlauben es insbesondere, die Quetschelemente 66 auseinanderzuspreizen, um dem bis dahin zusammengequetschten Dichtelement 24 sein Aufweiten und folglich die Freigabe des Verbindungskanals 64 zu ermöglichen.
Vorzugsweise enthalten die Betätigungsmittel 56 einen zu dem rohrförmigen Dichtelement 24 koaxial angeordneten Betätigungsring 75, der dem ringförmigen Halteelement 57 an der dem Kanalmodulkörper 6 entgegengesetzten Vorderseite vorgelagert ist. Das ringförmige Halteelement 57 ist mithin axial zwischen dem Betätigungsring 75 und dem Befestigungsabschnitt 62 eingegliedert.
Der Betätigungsring 75 erstreckt sich mit zumindest einem Teil seiner Länge in der Aufnahmevertiefung 13, wobei er zwischen einer aus 4 ersichtlichen unbetätigten Stellung und einer aus 6 und 8 ersichtlichen betätigten Stellung in der Längsrichtung des Dichtelementes 24 diesbezüglich und auch bezüglich des Kanalmodulkörpers 6 axial verschiebbar ist. Die entsprechende Bewegung sei als Betätigungsbewegung 77 bezeichnet und ist durch einen Doppelpfeil angedeutet.
In der unbetätigten Stellung ist der Betätigungsring 75 mit axialem Abstand zu dem Halteelement 57 angeordnet oder liegt nur lose daran an, insbesondere an den Tragabschnitten 74. Die unbetätigte Stellung zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass der Betätigungsring 75 gemäß 4 mit einem Betätigungsabschnitt 78 aus der Aufnahmevertiefung 13 herausragt und über die Fügefläche 18 vorsteht.
Durch Aufbringen einer nach rückwärts in Richtung zu der Grundfläche 12 gerichteten Betätigungskraft auf den Betätigungsabschnitt 78 ist der Betätigungsring 75 unter Ausführung einer Betätigungsbewegung 77 axial nach rückwärts verschiebbar, wobei er, insbesondere im Bereich der Tragabschnitte 74, die Betätigungskraft auf das ringförmige Halteelement 57 überträgt und bewirkt, dass die Quetschelemente 66 im Rahmen ihrer Arbeitsbewegungen 67 nach radial außen in eine Freigabestellung verschwenkt werden, in der die Umfangswand 35 ausgeübte Quetschkraft stark reduziert oder vollständig aufgehoben ist, so dass der Verbindungskanal 34 freigegeben ist. Die auf diese Weise erzielbare betätigte Stellung des Betätigungsringes 75 ist in 6 illustriert.
Sobald die auf den Betätigungsring 75 eingenommene Betätigungskraft wieder weggenommen wird, wird der Betätigungsring 75 durch das elastisch verformte Halteelement 57 wieder in die unbetätigte Stellung zurückgedrückt. Gleichzeitig kehren dabei die Quetschelemente 66 wieder in ihre Schließstellung zurück.
Vorzugsweise wird die Betätigungskraft von dem Betätigungsring 75 indirekt dadurch in die Quetschelemente 66 eingeleitet, dass der Betätigungsring 75 auf die Tragabschnitte 74 des ringförmigen Tragkörpers 64 einwirkt. Diese Tragabschnitte 74 werden dadurch, zusammen mit den an ihnen angeformten und als Quetschelemente 66 fungierenden Federarmen 65, nach hinten in Richtung zu dem Befestigungsabschnitt 62 des Aufnahmeteils 37 gedrückt. Da sich die Quetschelemente 66 dabei mit ihren Rückflächen 68 an den stirnseitigen Abstützflächen 69 des Aufnahmeteils 37 abstützen, gleiten sie an diesen Abstützflächen 69 ab, wobei sie verschwenkt werden, sodass sich ihre Endabschnitte 71 bezüglich der Längsachse 17 nach radial außen bewegen und dem Dichtelement 24 eine radiale Ausdehnung mit gleichzeitiger Freigabe des Verbindungskanals 34 ermöglichen. Die Quetschelemente 66 werden also von den Tragabschnitten 74 quasi mitgenommen und dadurch auseinandergespreizt. Bei diesem Vorgang kann der ringförmige Tragkörper 64 unter Verringerung seiner Wölbung verformt werden.
Die konstruktive Auslegung der Komponenten kann so gewählt sein, dass der Befestigungsabschnitt 62 des Aufnahmeteils 37 mit seiner nach vorne weisenden ringförmigen Stirnfläche eine Abstützfläche 76 für die sich zwischen den Tragabschnitten 74 erstreckenden Zwischenabschnitte 79 des Tragkörpers 64 bildet. Allerdings ist es beim Ausführungsbeispiel für die Funktion nicht erforderlich, dass sich der Tragkörper 64 an dem Befestigungsabschnitt 62 abstützt oder abstützen kann.
Damit der Betätigungsring 75 die Schwenkbarkeit der als Quetschelemente 66 fungierenden Arme 65 nicht beeinträchtigt, ist der Betätigungsring 75 im Bereich der Quetschelemente 66 zweckmäßigerweise mit je einer Randaussparung 82 versehen, durch die das zugeordnete Quetschelement 66 hindurchgreift.
Der Betätigungsring 75 ist verliersicher gehalten, so dass er auch im nicht zusammengesetzten Zustand der Kanalmodule 2, 3 nicht aus der Aufnahmevertiefung 13 herausfallen kann. Diese verliersichere Fixierung wird beim Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise durch eine Rastfixierung erzielt.
In diesem Zusammenhang ist beim Ausführungsbeispiel an dem Aufnahmeabschnitt 58 des Aufnahmeteils 37 an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen je ein radial beweglicher Rastnocken 83 angeordnet, von denen in 7 nur einer sichtbar ist. Jedem dieser Rastnocken 83 ist eine in dem Befestigungsring 75 ausgebildete Rastausnehmung 84 zugeordnet, in die der Rastnocken 83 eingreift. Die axiale Länge der Rastausnehmung 84 ist größer als diejenige des Rastnockens 83, so dass dem Betätigungsring 75 der zur Ausführung der Betätigungsbewegung 77 erforderliche Bewegungsspielraum zur Verfügung steht. Die Rastfunktion erlaubt eine einfache Montage des Betätigungsringes 75 auf dem Aufnahmeteil 37 durch aufschnappen und gestattet bei Bedarf zweckmäßigerweise auch eine leichte Demontage.
Durch das Zusammenwirken mit den Verschlussmitteln 55 wird der Betätigungsring 75 zweckmäßigerweise unter einer gewissen Federvorspannung in der unbetätigten Stellung gehalten, so lange keine entgegengesetzt wirkende Betätigungskraft auf den Betätigungsring 75 ausgeübt wird.
Dadurch, dass die Betätigungsringe 75 in der unbetätigten Stellung über die Fügeflächen 18 vorstehen, gelangen sie beim gegenseitigen Ansetzen der Kanalmodule 2, 3 in stirnseitigen Kontakt miteinander, bevor die Kanalmodulkörper 6 mit ihren Fügeflächen 18 zur gegenseitigen Anlage gelangen. Wenn dann zum Vervollständigen des Zusammenbaus der Kanalmodule 2, 3 die Kanalmodulkörper 6 bis zur gegenseitigen Anlage ihrer Fügeflächen 18 bewegt werden, beaufschlagen sich die Betätigungsringe 75 gegenseitig mit einer drückenden Betätigungskraft, so dass jeder Betätigungsring 75 durch den jeweils anderen Betätigungsring 75 nach rückwärts verschoben wird und die zugeordneten Verschlussmittel 55 zur Freigabe des zugeordneten Verbindungskanals 34 betätigt. Auf diese Weise liegt eine durchgehende fluidische Verbindung zwischen den Verbindungskanälen 34 der miteinander gepaarten Verbindungseinheiten 15 vor.
Werden die Kanalmodule 2, 3 wieder voneinander getrennt, erfolgt ein selbsttätiges Verschließen der Verbindungskanäle 34 beider zuvor gepaarter Verbindungseinheiten 15. Dies aufgrund des Umstandes, dass sich die beiden Betätigungsringe 75 in diesem Fall nicht mehr gegenseitig beaufschlagen und folglich die Betätigungsringe 75 auch nicht mehr auf die Verschlussmittel 55 einwirken, so dass die Quetschelemente 66 wieder in die Schließstellung zurückfedern können. Auf diese Weise kann wirksam verhindert werden, dass beim Trennen oder nach dem Trennen der Kopplungsmodule 2, 3 ein unerwünschter Fluidaustritt aus den Modulkanälen 7 stattfindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1650005 B [0002]
US 6050297 A [0002]

Claims

Kanalmodulanordnung, insbesondere für mikrofluidische Anwendungen, mit mehreren Kanalmodulen, die mit zum Hindurchleiten eines Fluides geeigneten Modulkanälen (7) ausgestattet und durch ein Verbindungssystem (14) fluidisch miteinander verbindbar oder verbunden sind, wobei das Verbindungssystem (14) an mindestens einem Kanalmodul (2, 3) mindestens eine Verbindungseinheit (15) aufweist, die derart an einem Kanalmodulkörper (6) dieses Kanalmoduls (2, 3) angeordnet ist, dass ein in ihr ausgebildeter Verbindungskanal (34) mit einem Modulkanal (7) des Kanalmodulkörpers (6) kommuniziert, wobei die Verbindungseinheit (15) über Verschlussmittel (55) zum lösbaren Verschließen des Verbindungskanals (34) sowie über Betätigungsmittel (54) zum das Verschließen oder Freigeben des Verbindungskanals (34) bezweckenden Betätigen der Verschlussmittel (55) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (15) ein von dem Verbindungskanal (34) axial durchsetztes rohrförmiges Dichtelement (24) aufweist, das zumindest partiell über eine gummielastisch verformbare Umfangswand (35) verfügt, die zum Verschließen des Verbindungskanals (34) durch die Verschlussmittel (55) reversibel radial zusammenquetschbar ist, wobei eine von dem mit der Verbindungseinheit (15) ausgestatteten Kanalmodulkörper (6) axial wegweisende Stirnfläche (28) des rohrförmigen Dichtelementes (24) unmittelbar eine ringförmige vordere Dichtfläche (32) bildet, die im aneinander angesetzten Zustand zweier Kanalmodule (2, 3) unter Abdichtung an eine eine Kanalmündung umrahmende Gegendichtfläche des anderen Kanalmoduls (3, 2) angedrückt ist.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Dichtelement (24) insgesamt über gummielastisch verformbare Eigenschaften verfügt, wobei es zweckmäßigerweise ein Elastomerkörper ist.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ringförmigen vorderen Dichtfläche (32) axial entgegengesetzte hintere Stirnfläche (29) des rohrförmigen Dichtelements (24) eine ringförmige hintere Dichtfläche (33) des rohrförmigen Dichtelements (24) bildet, die unter Abdichtung an eine die Kanalmündung (8) des mit dem Verbindungskanal (34) der Verbindungseinheit (15) kommunizierenden Modulkanals (7) umrahmende Modulkörper-Dichtfläche (36) des mit der Verbindungseinheit (15) ausgestatteten Kanalmodulkörpers (6) dichtend angedrückt ist.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der hinteren Dichtfläche (33) des rohrförmigen Dichtelements (24) zusammenwirkende Modulkörper-Dichtfläche (36) von der axialen Grundfläche (12) einer die Verbindungseinheit (15) aufnehmenden Aufnahmevertiefung (13) des zugeordneten Kanalmodulkörpers (6) gebildet ist.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Dichtelement (24) einen die ringförmige vordere Dichtfläche (32) aufweisenden vorderen Längenabschnitt (43) aufweist, an den sich ein einen größeren Außendurchmesser und eine geringere Länge als der vordere Längenabschnitt (43) aufweisender hinterer Längenabschnitt (44) anschließt, an dem die ringförmige hintere Dichtfläche (33) ausgebildet ist.
Kanalmodulanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (15) ein von dem rohrförmigen Dichtelement (24) durchsetztes Aufnahmeteil (37) aufweist, durch das das rohrförmige Dichtelement (24) am zugeordneten Kanalmodulkörper (6) gehalten ist und durch das das rohrförmige Dichtelement (24) mit seiner ringförmigen hinteren Dichtfläche (33) an die zugeordnete Modulkörper-Dichtfläche (36) des Kanalmodulkörpers (6) dichtend angedrückt ist.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (37) axial von einer im Durchmesser abgestuften Aufnahmebohrung (45) durchsetzt ist, in die das rohrförmige Dichtelement (24) von der dem Kanalmodulkörper (6) zugewandten Rückseite her mit seiner Vorderseite voraus eingesteckt ist, wobei der hintere Längenabschnitt (44) des rohrförmigen Dichtelementes (24) in einem im Durchmesser erweiterten hinteren Endabschnitt (52) der abgestuften Aufnahmebohrung (45) aufgenommen und zwischen einer axial nach hinten weisenden Schulterfläche (38) dieses hinteren Endabschnittes (52) und der gegenüberliegenden Modulkörper-Dichtfläche (36) des zugeordneten Kanalmodulkörpers (6) dichtend eingespannt ist.
Kanalmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (55) über zwei im Bereich des Außenumfanges der gummielastisch verformbaren Umfangswand (35) sich diametral gegenüberliegend angeordnete Quetschelemente (66) verfügen, die zum Verschließen und Freigeben des Verbindungskanals (34) bezüglich dem rohrförmigen Dichtelement (24) unter Ausführung einer Arbeitsbewegung (67) radial beweglich sind, wobei die Arbeitsbewegung (67) durch die Betätigungsmittel (54) steuerbar ist.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Quetschelemente (66) federnd in eine die Umfangswand (35) des rohrförmigen Dichtelementes (24) zusammenquetschende und dadurch den Verbindungskanal (34) verschließende Schließstellung vorgespannt sind.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Quetschelemente (66) von federelastisch biegbaren Armen eines das rohrförmige Dichtelement (24) umschließenden und zweckmäßigerweise einstückig ausgebildeten ringförmigen Halteelementes (57) gebildet sind.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Halteelement (57) einen die Quetschelemente (66) tragenden, seinerseits ebenfalls federelastisch biegbaren ringförmigen Tragkörper (64) aufweist.
Kanalmodulanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (56) einen zu dem rohrförmigen Dichtelement (24) koaxialen Betätigungsring (75) aufweisen, der im Rahmen einer die Arbeitsbewegung (67) der Quetschelemente (66) steuernden Betätigungsbewegung (77) relativ zu dem rohrförmigen Dichtelement (24) axial bewegbar ist und der zweckmäßigerweise das rohrförmige Dichtelement (24) umschließt.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsring (75) im Rahmen der Betätigungsbewegung (77) zwischen einer bezüglich des rohrförmigen Dichtelementes (24) axial nach vorne verlagerten unbetätigten Stellung und einer bezüglich des rohrförmigen Dichtelementes (24) nach hinten verlagerten betätigten Stellung bewegbar ist, wobei die Quetschelemente (66) in der unbetätigten Stellung des Betätigungsringes (75) eine die Umfangswand des rohrförmigen Dichtelementes (24) nicht oder im Vergleich zu der betätigten Stellung weniger stark zusammenquetschende und dadurch den Verbindungskanal (34) freigebende Freigabestellung einnehmen, wobei der Betätigungsring (75) zweckmäßigerweise federnd in seine unbetätigte Stellung vorgespannt ist, insbesondere unmittelbar durch die auf ihn einwirkenden Verschlussmittel (55).
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsring (75) in der unbetätigten Stellung über den ihm benachbarten Abschnitt des zugeordneten Kanalmodulkörpers (6) vorsteht.
Kanalmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere jeweils mit mindestens einer Verbindungseinheit (15) ausgestattete Kanalmodule (2, 3) enthält, die derart aneinander ansetzbar oder angesetzt sind, dass jeweils wenigstens zwei Verbindungseinheiten (15) miteinander gepaart sind, wobei die rohrförmigen Dichtelemente (24) der miteinander gepaarten Verbindungseinheiten (15) bei gleichzeitig freigegebenem Zustand ihrer Verbindungskanäle (34) mit ihren ringförmigen vorderen Dichtflächen (32) unter Abdichtung unmittelbar aneinander angedrückt sind.
Kanalmodulanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (56) der Verbindungseinheiten (15) derart ausgebildet sind, dass sich die Betätigungsmittel (56) der sich beim aneinander Ansetzen zweier Kanalmodule (2, 3) miteinander paarenden Verbindungseinheiten (15) gegenseitig betätigen, wodurch ihre bis dahin verschlossenen Verbindungskanäle (34) zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen den aneinander angesetzten Kanalmodulen (2, 3) freigegeben werden.